Многоканальная связь на железнодорожном транспорте

     Скрэмблирование (scramble — перемешивание) заключается  в перемешивании исходной последовательности нулей и единиц с целью улучшения спектральных характеристик и самосинхронизирующих свойств результирующей последовательности битов. Осуществляется скремблирование путем побитовой операции исключающего ИЛИ (XOR) исходной последовательности с псевдослучайной последовательностью. В результате получается «зашифрованный» поток, который восстанавливается на стороне приемника с помощью дескрэмблера. 
 
 
 
 

Заключение

     При использовании прямоугольных импульсов  для передачи дискретной информации необходимо выбирать такой способ кодирования, который одновременно достигает несколько целей:

1. имеет при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра сигнала.
2. обеспечивает синхронизацию между передатчиком и приемником.
3. обладает способностью распознавать ошибки.
4. обладает низкой ценой реализации.

     Метод NRZ прост в реализации, обладает хорошим распознаванием ошибок, но не обладает свойством синхронизации, содержит постоянную составляющую.

     Коды, полученные из NRZ  путём избыточного кодирования и скремблирования, устраняют постоянную составляющую, придают коду свойство синхронизации.

     Потенциальное, избыточные и скремблированные коды нашли свое применение в современной  техники подобной той, которая используется в сетях Fast Ethernet вместо манчестерского и биполярного импульсного кодирования. 

       

3. Определение скорости передачи сигналов в линии для  данного кода.

 

     На  основе формулы (1) по известному коду и  скорости передачи ЦСП может быть определена скорость передачи сигнала  в линейном тракте. Все дальнейшие расчеты в курсовом проекте будем вести на основе значения частоты ƒ_л [МГц], что соответствует численно величине В – скорости передачи  в линии в МБит/с.

     Формула NRZ кода - 1В2В, тогда формула тактовой частоты линейного оптического сигнала примет вид:

     

   (1)

     где 

       

     

 

     

4. Размещение  линейных генераторов.

Расчёт  и оптимизация  длины регенерационного участка. 

     В данном курсовом проекте отсутствует  привязка к конкретной трассе прокладки  кабеля, что не вызывает необходимости учёта топологии трассы (рельеф, горы, реки и т.д.). Поэтому можно воспользоваться принципом равномерного распределения регенераторов, максимально используя кратность целому числу строительных длин кабеля.

     Для определения количества регенераторов, которые необходимо установить на линии, используем формулу:

 

    (2)

     где:  l – длина линии, км;

     l_ру – максимальная длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры, км.

     Элементарный  кабельный участок – вся физическая среда передачи между соседними окончаниями участка.

     Окончание участка – граница, выбранная  условно в качестве стыка оптического  волокна с регенератором.

     Точка S – линейная сторона оптического  шнура на оптическом кроссе в точке  окончания участка на передающей стороне.

     Точка R – линейная сторона оптического  шнура на оптическом кроссе в точке  окончания участка на приемной стороне.

     Для расчета и оптимизации длины  регенерационного участка руководствуются  двумя параметрами: суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического волокна (ОВ).

     Если  исходить из затухания с учетом всех потерь, имеющих место в линейном тракте, то расчетная формула длины  регенерационного участка выглядит следующим образом: 

l_ру £ (Э_п - a_рс× n_рс - а_нс× n_нс - а_t - а_B)/(a+ a_нс/l_c) (3) 

     здесь:  Э_п – энергетический потенциал ВОСП, дБ, определяемый как разность

     Э_п=Р_вых – Р_вх , указываемые в технических характеристиках ВОСП;

     a - коэффициент затухания оптического волокна, дБ/км;

     n_рс - число разъёмных соединителей (их количество равно 2, они установлены на вводе и выводе оптического излучения в ОВ);

     a_рс – потери в разъёмном соединителе, дБ;

     n_нс – число неразъёмных соединителей на участке регенерации,

     а_нс – потери в неразъёмном в соединителе, дБ;

     а_t – допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры; а_В – допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка (источники излучения – кабель – приёмники излучения) со временем.

     Величина  Э_п характеризует необходимый  перепад уровней для нормальной работы аппаратуры, а остальные члены в скобках формулы (3) – суммарные потери участка регенерации.

     Расчёт  проводится для всего тракта передачи. Сначала определяем число строительных длин на рассматриваемом участке: 

              (4)

     где l_c - строительная длина кабеля. Берем 4 км так как по условию затяжка производится в черте города по кабельной телефонной канализации.

     Общее число строительных длин для участка  передачи определяет число неразъёмных соединителей:

      (5) 

a - коэффициент затухания оптического волокна, для длины волны 1,55 мкм равен 0,22 дБ/км.

     Тип неразъёмного соединителя выбираем SM, так как для аппаратуры ТЛС-31 по заданию используется одномодовое ОВ. Величину потерь в неразъёмном в соединителе (а_нс) типа SM, берем из таб.3 методических указаний. 

а_нс =0,1 дБ 

     Тип разъёмного соединителя выбираем FC/PC Из таб. 4 методических указаний определяем потери в разъёмном соединителе: 

a_рс=0,5 дБ 

     Допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры определяем из таб. 5 методических указаний и он равен а_t = 4 дБ, так как по заданию не предусмотрена схема температурной компенсации и допуск на температурные изменения параметров ВОСП

DT=25⁰С

     Определяем  энергетический потенциал ВОСП: 

Э_п =Р_вых – Р_вх = -3-(-42) = 39 дБ 

     Допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка (источники излучения – кабель – приёмники излучения) со временем определяем из таблицы 6 методических указаний: 

а_В = 5 дБ 

     Исходя  из полученных значений величин а_рс, а_нс, а_t, а_В, определим, используя формулу (3), длину регенерационного участка l_ру:

     

     (Э_п - a_рс× n_рс - а_нс× n_нс - а_t - а_B)/(a+ a_нс/l_c)

     

       

      По результатам расчетов заданная длина тракта передачи L > l_ру , следовательно необходимо применение линейных регенераторов (ЛР). Среднее значение коэффициента усиления одного ЛР принимаем равным К_ЛР = 5; 12 дБм. Тогда требуемое число ЛР определится приближенно по формуле:

     

                                                           (6) 

       

     где int(x) – целая часть числа х.

      Далее рассчитываем эквивалентное значение энергетического потенциала Э_е по

     формуле (7): 

     

     

             (7) 

     Правильность  выбора длины регенерационного участка l_ру проверяем с учётом дисперсионных свойств оптического волокна.

     Максимальная  длина регенерационного участка  с учётом дисперсии ОВ выбирается из условия 

     l_ру £ 0,25/s×В,    (8)

     где В - скорость передачи информации, бит/с;

     s – среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км. 

     Величина s находится из соотношения:

     

     s = 0,25/D¦         (9) 

     где D¦ – коэффициент широкополосности волокна, Гц/км

          (10)

Длина регенерационного участка, полученная на основе этого расчёта, больше l_ру, следовательно выбор длины регенерационного участка сделан правильно:

     l_max ³ l_ру         (11)

     

     Схема размещения регенераторов в волоконно-оптическом тракте приведена на рисунке 2. 
 

 

5. Расчет  минимальной детектируемой  мощности оптического сигнала

 

     Одним из наиболее важных параметров приёмника  оптического излучения является минимальная обнаруживаемая мощность оптического сигнала, при которой  обеспечивается заданное значение отношения  сигнал-шум или вероятности ошибки. Это значение получило название минимальной детектируемой мощности (МДМ). Для внутризоновых первичных сетей вероятность ошибки в расчете на 1 км длины линейного тракта не должна превышать p’ £ 1,67×10^-10 , для магистральных сетей p’ £ 1,67×10^-11, для местных сетей p’ £ 1,67×10^-9. Исходя из этих значений вероятности ошибки, можно определить вероятность ошибки для полученной длины регенерационного участка.

     

     P_ош=p’× l_ру        (12) 

     Используя это значение вероятности ошибки на участке регенерации, можно определить с помощью зависимости вероятности ошибки p_ош от защищенности А₃  (рис. 3) численное значение защищенности на входе регенератора.

     

     Рис. 3. Зависимость вероятности ошибки p_ош от  защищенности А₃ на входе устройства цифрового регенератора